Как и при создании любого нового аппарата, предназначенного для серийного промышленного производства, перед разработчиками новых фильтров стоит задача удовлетворения запросов с одной стороны эксплуатационников, с другой стороны - изготовителей.
Иногда требования к конструкции, задаваемые изготовителем и эксплуатационником, входят в противоречия, и разработчикам приходится искать компромиссные варианты. Так, при создании в 70-х годах Управлением "Газоочистки" рукавных фильтров типа ФРКИ для постановки типоразмерного ряда на серийное производство были учтены некоторые пожелания изготовителя, несмотря на то, что они снижали некоторые эксплуатационные показатели. Например, применение пирамидальных бункеров и подвод газа в бункерную часть путем индивидуальных патрубков, было продиктовано исключительно удобством унификации при изготовлении типоразмерного ряда. По сравнению со щелевым коллекторным подводом, естественно, он давал повышенное гидравлическое сопротивление. В дальнейшем при удовлетворении индивидуальных заказчиков в отдельных конструкциях, например, в фильтре ФРКИ-90А, был применен подвод газа в виде щелевого коллектора, что позволило несколько сократить гидравлическое сопротивление, снизить габариты фильтра. Однако, фильтр ФРКИ-90А уже не входил в типоразмерный унифицированный ряд, а шел как самостоятельный аппарат по индивидуальным, заказам.
Унификация узлов, деталей, модулей является одним из важных направлений в создании общепромышленных серийно выпускаемых фильтров. Однако, вопросы унификации при разработке не должны идти за счет снижения эксплуатационных показателей.
В 60-х - 90-х годах организациями Управления "Газоочистки" было много сделано в части разработки и постановки на серийное производство новых аппаратов фильтрации. Был отработан и применен в производственных фильтрах наиболее эффективный способ регенерации "импульсная продувка". Были разработаны и апробированы в промышленных условиях аппараты фильтрации с оригинальными способами компоновки фильтровального материала. Совместно с предприятиями и организациями текстильной и химической промышленности были разработаны и поставлены на производство новые фильтровальные материалы. Широким фронтом велись работы по расширению сферы применения аппаратов фильтрации в различные отрасли промышленности. Все эти направления являются актуальными и в настоящее время. Особо следует отметить необходимость применения компьютерной техники при управлении работой аппаратов фильтрации.
В связи с широким внедрением в отрасли черной металлургии электродуговых сталеплавильных печей различной мощности остро встал вопрос очистки выделяющихся газов от высокодисперсных возгонных частиц пыли. Более 80% возгонной пыли содержит размеры частиц менее 3 мкм. Она плохо смачивается, имеет склонность к слипанию, удельное электрическое сопротивление пыли довольно значительно. В связи с этим, при применении мокрых методов очистки и аппаратов электрической очистки, возникают определенные трудности. В последние десятилетия такие зарубежные фирмы как "Флект Фабрикен", "Тильман Велебрейтор", "Шарон Стил", "Лон-Стар-стил" и др. Широко применяют для обеспыливания отходящих газов электродуговых сталеплавильных печей рукавные фильтры, предпочитая их электрофильтрам и скрубберам Вентури [Л.27].
Широкое применение для очистки аспирационных газов при работе электродуговых сталеплавильных печей получили фильтры, разработанные и изготовленные организациями и предприятиями экологического консорциума "Росгазоочистка". На Орско-Халиловском металлургическом комбинате эксплуатируется фильтр ФРО-20300. На Старо-Оскольском заводе горного металлургического оборудования установлены фильтры ФРО-6300. В г. Тольятти на заводе ВАЗ прошли межведомственные испытания 4 фильтра ФРО-63ОО. Фильтры типа ФРКДИ работают на ряде предприятий, очищая отбросные газы после электродуговых сталеплавильных печей средней мощности. Фильтры типа ФРКИ нашли применение практически во всех отраслях промышленности на участках пересыпки, пневмотранспорта, упаковки пылевидных продуктов. В цветной металлургии на различных переделах эксплуатируются фильтры типа ФРКДИ, ФРИ, ФРКИ, ФКИ
Высокая стоимость пыли, содержащей цветные металлы, в некоторых случаях высокая токсичность пыли, требуют высокоэффективной работы пылеулавливающих установок. Рукавные фильтры практически почти полностью улавливают пыль при правильной их эксплуатации.
В производстве алюминия использование тканевых фильтров обосновано необходимостью тонкой очистки газа от твердых частиц и возможностью проведения на фильтровальном материале химической нейтрализации газообразного фтористого водорода путем нанесения адсорбента. При этом в качестве адсорбентов используется окись алюминия (глинозем), служащая сырьем для производства алюминия.
В производстве кремния наряду с мокрой очисткой газов широкое применение получают рукавные фильтры. Впервые установка, включающая 6 фильтров ФРКДИ-1100, изготовленных на Семибратовском заводе ГОА (ОАО "ФИНГО"), была пущена в 1978 году на Днепровском алюминиевом заводе. Производительность установки была равна 360-400 тыс. м3/час, сопротивление рукавных фильтров 2100-3400 Па, входная запыленность - 2,4 г/м3, остаточная запыленность после фильтров - 22 мг/м3, степень очистки 99% (при 85% весовом составе пыли менее 1 мкм).
Многолетний опыт эксплуатации газоочистки печей кремния на Днепровском алюминиевом заводе показал, что рукавные фильтры при правильно выбранной удельной газовой нагрузке могут успешно и длительно эксплуатироваться.
В свинцово-цинковой подотрасли метод фильтрования технологических и вентиляционных газов получил широкое применение и практически вытеснил сухую электрическую очистку [Л.23].
В медной подотрасли фильтрование находит преимущественное применение для очистки газов от переработки вторичных медьсодержащих материалов в шахтных печах и конвертерах.
В производстве никеля и кобальта рукавные фильтры применяются относительно редко из-за высокой температуры отходящих газов и отсутствия надежных фильтровальных материалов, способных выдерживать высокие температуры.
Значительное количество газовых выбросов, требующих высокоэффективной очистки, имеют предприятия пищевой отрасли. Пыли пищевых производств имеют органическую основу, вследствие чего они являются пожаро- и взрывоопасными (мучная, чайная, крахмальная, сахарная). Потеря значительного количества пылевидного пищевого сырья недопустимо и по экономическим соображениям. Поэтому для улавливания пылей пищевых производств во многих случаях требуются высокоэффективные аппараты. Не случайно первые рукавные фильтры были применены и запатентованы на предприятиях мукомольной промышленности. В настоящее время рукавные фильтры небольшой производительности широко применяются на пищевых предприятиях в операциях, связанных с транспортированием, сортировкой, измельчением, дозировкой, загрузкой сырья и готовой продукции.
В последние годы специально для шинных заводов ОАО "СФ НИИОГАЗ" были разработаны кассетные фильтры ФКИ-140Ш. Результаты внедрения новых фильтров на Ярославском и Кировском шинных заводах показали высокую эффективность и надежность их работы при очистке газов, отходящих от резиносмесителей.
В соответствии с протоколом испытаний фильтра ФКИ-140Ш, установленного в системе аспирации резиносмесителя №1 цеха №2 ОАО "ЯШЗ" в августе 1997 года, были получены следующие результаты:
- гидравлическое сопротивление фильтра 1350 Па
- запыленность газа на входе в фильтр 0,93 г/м3
- запыленность газа на выходе фильтра 0,005 г/м3
- производительность фильтра по газу 9576 м3/час
- эффективность пылеулавливания 99,4%
Одним из перспективных направлений использования метода фильтрации следует считать решение вопросов пневмоуборки производственных помещении.
Пневмоуборка производственных помещений, как правило, осуществляется или с применением передвижных промышленных пылесосов или с использованием стационарных вакуумных пылесосных установок.
Разработка высокоэффективных промышленных пылесосов связана с определенными сложностями. Одной из основных является отсутствие малогабаритных высокопроизводительных тягодутьевых устройств, способных создать высокое разрежение при относительно большой производительности.
Не менее важным условием при создании промышленного пылесоса является наличие в нем простого, компактного, малогабаритного пылеулавливающего устройства, способного эффективно улавливать пыль, не создавая большого гидравлического сопротивления.
В 1995 году в ОАО “СФ НИИОГАЗ” были проведены работы по созданию опытного образца промышленного пылесоса с применением в качестве фильтрующего элемента кассеты ячейковой конструкции.
Рекламные данные и принципиальная схема разработанного аппарата приведены на рис.3.48, 3.49.
Теплоэнергетика, вероятно, является единственной отраслью, в нашей стране, которая не имеет практики промышленного применения рукавных фильтров, которая не является потребителем этого наиболее эффективного, с точки зрении пылеулавливания, газоочистительного аппарата.
Сейчас рукавные фильтры широким фронтом внедряются в черной металлургии для единовременной очистки сотен и миллионов куб.м.газа в час при работе сталеплавильных печей, в цветной металлургии при производстве алюминия, кремния, цинка, олова, меди.
В нефтехимической промышленности трудно представить процесс поучения технического углерода без применения рукавных фильтров. При производстве строительных материалов на цементных заводах, на ЖБК из всех существующих газоочистительных аппаратов наиболее эффективно работают рукавные фильтры, обеспечивая санитарные нормы выбросов.
Причины пассивного отношения к широкому применению рукавных фильтров в энергетике в основном заключается в сложностях технического плана.
Рукавные фильтры имеют повышенное гидравлическое сопротивление. Так, например, по сравнение с электрофильтрами их гидравлическое сопротивление выше в 4-5 раз. Наличие сернистых соединений в пыли и газе при сжигании углей требует применения специальных тканей и ограничивает применение серийно выпускаемых фильтроматериалов, а специальные ткани по сравнению с серийными, как правило, имеют повышенную стоимость. Пуски и остановы котлов, как правило, строго регламентированы во времени и часто невозможны в незапланированные сроки, а фильтровальные ткани имеют свои сроки службы.
Увязка этих сроков в планах ППР не всегда удобна, а иногда и невозможна. Розжиг котлов, как правило, осуществляется мазутом, а это дополнительные сернистые соединения, отрицательно влияющие на долговечность службы ткани, кроме того, создаются условия для ее замазывания. При пуске и остановке котла возможна конденсация влаги на ткани, а следовательно создаются условия, снижающие ее регенерирующие свойства. Требуются устройства для предварительного прогрева фильтра перед пуском. Есть еще ряд технических сложностей к прямому применению общепромышленных тканевых фильтров. Тем не менее, зарубежный опыт говорит о том, что решением этих вопросов необходимо заниматься. Тканевые фильтры не досягаемы с точки зрения обеспечения санитарных норм выбросов, для них запыленность в 50 мг/м.куб. на выходе является величиной гарантированной реально же выбросы могут быть обеспечены на уровне 10 мг/м.куб. Капитальные затраты значительно ниже, чем у электрофильтров.
По имеющимся сведениям в США на ТЭС работает более 100 крупных рукавных фильтров, ряд фильтров находится в стадии строительства.
Семибратовским филиалом НИИОГАЗ в свое время предпринимались попытки изучения вопроса возможности и перспектив применения рукавных фильтров в энергетике. Активное сотрудничество при этом велось с Сиб.ВТИ. Экспериментальные работы проводились на пилотных фильтрах опытной базы Черепетской ГРЭС. Принципиально была подтверждена возможность создания специального полномасштабного фильтра, учитывающего специфические условия работы.
Была разработана документация на опытный фильтр производительностью порядка 300 тыс.м.куб./час. За основу разработки был взят принцип серийного фильтра ФРО с некоторой модернизацией. В конструкцию было введено дополнительное устройство регенерации рукавов способом вибрационного покачивания с целью снижения возможности цементации пыли на рукавах в период остановки котла.
На пилотных фильтрах в условиях Черепетской ГРЭС исследовались режимы фильтрации и регенерации различных фильтровальных материалов, их прочностные характеристики после воздействия на них промышленных газов.
К сожалению, результаты работ не были обобщены, и не было сделано окончательного вывода о возможности и целесообразности применения рукавных фильтров в энергетике. Работы из-за отсутствия финансирования практически были свернуты. Было рекомендовано Сибирскому ВТИ и Красноярской ТЭЦ приобрести серийный фильтр ФРО-2400, установить его на станции для очистки газов при сжигании малосернистых углей Канско-Ачинского бассейна. Фильтр был изготовлен Семибратовским. заводом ГОА, смонтирован и периодически включался в работу. Есть основания предполагать, что в условиях работы котлов на малосернистых углях применение рукавных фильтров будет целесообразным.
Какие мероприятия в обязательном порядке необходимо провести для того, чтобы сделать уверенные выводы о возможности и эффективности применения в нашей энергетике рукавных фильтров?
1. Провести анализ существующих высокотемпературных отечественных и зарубежных фильтровальных материалов. При необходимости провести экспериментальную проверку рекламных сведений их технических показателей. Ориентироваться на применение фильтровальных материалов из стекловолокна с силиконографитовой пропиткой, из волокон тефлона, из волокон стекла, покрытого тефлоном, на зарубежные материалы типа НОМЕКС и ТЕФЕР.
2. Для защиты рукавов от повышения кислотной точки росы и образования масляного тумана, в период пуска, в конструкции разрабатываемого фильтра целесообразно предусмотреть систему саморегулируемого подогрева бункеров, проработать систему распыления с подачей на рукава мелкодисперсной, извести, поглощающей влагу и кислоту.
3. Проработать вопросы полной теплоизоляции фильтров, для исключения конденсации влаги.
4. Высокотемпературные фильтровальные материалы, как правило имеют относительно низкие прочностные свойства, требующие применения щадящего режима регенерации, который необходимо проработать применительно к конкретно прорабатываемой конструкции фильтра. За основу проработки вероятно можно принять комплексную систему, включающую обратную продувку в совокупности с покачиванием или вибрацией рукавов.
5. Практика применения различных конструкций рукавных фильтров в большинстве отраслей промышленности показала, что наиболее эффективными являются фильтры с импульсной продувкой рукавов. Однако, при рассмотрении вопроса применения их за котлами, сжигающими каменные угли с образованием газов с высоким содержанием сернистых соединений и имеющих повышенную температуру точки росы, следует учитывать тот факт, что импульсная продувка сжатым воздухом может мгновенно понижать температуру, газа в рукаве ниже точки росы, а следовательно способствовать конденсации влаги на ткани.
6. Рукавные фильтры по сравнению с электрофильтрами имеют значительно большее гидравлическое сопротивление, поэтому необходимо учитывать, что при проектировании системы газоочистки неизбежно возникнут сложности подбора тягодутьевых устройств.
Указывая на трудности в решении вопроса очистки газов при сжигании углей на ТЭС с помощью рукавных фильтров следует отметить, что все они, в принципе, решаемы.
Одновременно с этим так же следует сказать, что решение этих вопросов ни в коем случае не должно препятствовать развитию и совершенствованию традиционных методов и аппаратов газоочистки, конкретно электрофильтров и, может быть, мокрых методов. Все эти методы и направления должны развиваться и совершенствоваться без предвзятого отношения к ним со стороны разработчиков.